NO20111108A1

NO20111108A1 - Ultralydtransduseranordning

Info

Publication number: NO20111108A1
Application number: NO20111108A
Authority: NO
Inventors: Edward Randall Furlong
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2012-02-20
Also published as: CN102426037B; BRPI1104088B1; GB201114041D0; DE102011052670B4; BRPI1104088A2; DE102011052670A1; ITMI20111267A1; US7954387B1; CN102426037A; GB2482968A; NO342976B1; GB2482968B

Abstract

En ultralydtransduseranordning (2,102) inkluderer en proksimal ende og en motstående distal ende. Transduseranordningen (2, 102) inkluderer et ytre hus (8) og et elektroakustisk signalgenererende element (18, 118) fastgjort inne i det ytre hus (8). Det signalgenererende element (18, 118) sender et ultralydsignal ved en karakteristisk frekvens langs en ultralydvei (20, 120) som er perpendikulær på flaten av det genererende element (18, 118). En isolasjonsmembran (26, 126) er koblet til den proksimale ende av det ytre hus (8). Isolasjonsmembranen (26, 126) er tynn i forhold til en karakteristisk bølgelengde for membranmaterialet. Et fluidisk overføringslag (28, 128) er anordnet mellom det elektroakustiske signalgenererende element (18, 118) og isolasjonsmembranen (26, 126). I en utførelse har isolasjonsmembranen (26, 126) en vinkel i forhold til den proksimale flate av det elektroakustiske signalgenererende element (18, 118). I en annen utførelse inkluderer en strømningsmåler (138) ultralydtransduseranordningen (2, 102), og isolasjonsmembranen (26, 126) passer i hovedsak sammen med konturen av strømningspassasjen (144) inne i strømningsmålerlegemet (142).An ultrasonic transducer device (2,102) includes a proximal end and an opposite distal end. The transducer device (2, 102) includes an outer housing (8) and an electroacoustic signal generating element (18, 118) secured within the outer housing (8). The signal generating element (18, 118) transmits an ultrasonic signal at a characteristic frequency along an ultrasonic path (20, 120) perpendicular to the surface of the generating element (18, 118). An insulation membrane (26, 126) is coupled to the proximal end of the outer housing (8). The insulating membrane (26, 126) is thin relative to a characteristic wavelength of the membrane material. A fluid transfer layer (28, 128) is arranged between the electroacoustic signal generating element (18, 118) and the isolation membrane (26, 126). In one embodiment, the isolation membrane (26, 126) has an angle to the proximal surface of the electroacoustic signal generating element (18, 118). In another embodiment, a flow meter (138) includes the ultrasonic transducer device (2, 102), and the insulation membrane (26, 126) fits substantially with the contour of the flow passage (144) within the flow meter body (142).

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN BACKGROUND OF THE INVENTION

[0001]Den gjenstand som her offentliggjøres vedrører ultralydtransdusere, og mer bestemt en ultralydtransduser som har forbedret strømningsmengde-målenøyaktighet. [0001] The subject matter disclosed here relates to ultrasonic transducers, and more specifically an ultrasonic transducer that has improved flow rate measurement accuracy.

[0002]Ultralydstrømningsmålere brukes til å bestemme den midlere rørstrøm-ningsmengde (Vm) for et mangfold av fluider (eksempelvis væsker, gasser, flerfaser, osv.). Kunnskap om strømningsmengden til fluidet kan gjøre det mulig å bestemme andre fysiske egenskaper eller kvaliteter for fluidet. For eksempel, i enkelte avgifts-overføringsanvendelser, kan strømningsmengden brukes til å bestemme volumet (Q) av et fluid (eksempelvis olje eller gass) som blir overført fra en selger til en kjøper gjennom et rør for å bestemme kostnadene for transak-sjonen, hvor volumet er lik strømningsmengden multiplisert med tverrsnittsarealet [0002] Ultrasonic flowmeters are used to determine the mean pipe flow rate (Vm) for a variety of fluids (eg, liquids, gases, multiphase, etc.). Knowledge of the flow rate of the fluid can make it possible to determine other physical properties or qualities of the fluid. For example, in some fee transfer applications, the flow rate can be used to determine the volume (Q) of a fluid (for example, oil or gas) that is transferred from a seller to a buyer through a pipe to determine the cost of the transaction, where the volume is equal to the flow rate multiplied by the cross-sectional area

(A) for røret. (A) for the pipe.

[0003] En konvensjonell ultralydtransduser inkluderer typisk et sylindrisk hus med [0003] A conventional ultrasound transducer typically includes a cylindrical housing with

ultralydtransduseren innfestet inne i en ende (vanligvis tuppen) og en elektronikkpakke montert inne i den motstående ende. Et akustisk dempende materiale separerer typisk de to for å hindre lydbølger i å kastes tilbake inne i huset. Transduserkrystallet er skjørt og blir derfor vanligvis ikke utsatt for det medium som blir målt. Husets tupp er følgelig typisk hermetisk tettet for å hindre fuktighet og kontaminanter i å komme inn i det indre hulrom hvor transduseren er lokalisert. Inne i det indre hulrom ligger transduseren an mot tuppen og forplanter et ultralydsignal gjennom tuppens materiale, inn i det medium som blir målt. Den plane flate av transduserkrystallet står perpendikulært på (eksempelvis normalt på) retningen for ultralydbølgens forplantning. For applikasjoner hvor transduseren benyttes som en strømningsmåler, er ultralydtransduseren da montert gjennom en adgangsåpning i fluidrørkanalen. the ultrasound transducer mounted inside one end (usually the tip) and an electronics package mounted inside the opposite end. An acoustic dampening material typically separates the two to prevent sound waves from being bounced back inside the house. The transducer crystal is fragile and is therefore not usually exposed to the medium being measured. Accordingly, the tip of the housing is typically hermetically sealed to prevent moisture and contaminants from entering the internal cavity where the transducer is located. Inside the inner cavity, the transducer rests against the tip and propagates an ultrasound signal through the material of the tip, into the medium being measured. The planar surface of the transducer crystal is perpendicular to (eg normal to) the direction of propagation of the ultrasound wave. For applications where the transducer is used as a flow meter, the ultrasonic transducer is then mounted through an access opening in the fluid pipe channel.

[0004] En kjent ulempe med denne løsningsmåte er at ultralydsignalet først må passere gjennom materialet i transduserens tupp før det kommer inn i det medium som skal måles. Tuppens materiale kan være ganske tykt, for å motstå trykket i fluidet i rørkanalen, som i ett eksempel er flere tusen pund pr. kvadrattomme (psi). Det tykke tuppmaterialet kan absorbere eller på annen måte dempe ultralydsignalet, hvilket forårsaker forringet ytelse, så som redusert signal-støy-forhold. Videre, på grunn av tuppens tykkelse, må sondens tupp eller flate stå perpendi kulært på forplantningsretningen. Ellers vil tykkelsen av tuppens materiale skrå-stille bølgens forplantningsvei, hvilket fører til målefeil. [0004] A known disadvantage of this solution is that the ultrasound signal must first pass through the material in the tip of the transducer before it enters the medium to be measured. The material of the tip can be quite thick, in order to withstand the pressure of the fluid in the pipe channel, which in one example is several thousand pounds per square inch (psi). The thick tip material can absorb or otherwise attenuate the ultrasound signal, causing degraded performance, such as reduced signal-to-noise ratio. Furthermore, due to the thickness of the tip, the tip or surface of the probe must be perpendicular to the direction of propagation. Otherwise, the thickness of the tip's material will skew the wave's propagation path, which leads to measurement errors.

[0005]I én type av ultralydstrømningsmåler som anvender transitt-tid strømnings-måling, kan ett eller flere par av ultralydtransdusere være montert på et rør (eller rørpass-stykke festet til en rørledning). Hvert par kan inneholde transdusere lokalisert oppstrøms og nedstrøms for hverandre, hvilket danner en ultralydvei mellom dem. Hver transduser, når den tilføres energi, sender et ultralydsignal (eksempelvis en lydbølge) langs en ultralydvei gjennom det strømmende fluid, som mottas av og detekteres av den andre transduseren. Gjennomsnittet av hastigheten i løpet (dvs. banehastighet eller kordehastighet (Vp)) for fluidet langs en ultralydvei kan bestemmes som en funksjon av differansen mellom (i) transitt-tiden til et ultralydsignal som beveger seg langs ultralydveien fra den nedstrøms transduser oppstrøms til den oppstrøms transduseren mot fluidstrømnings-retningen, og (ii) transitt-tiden til et ultralydsignal som beveger seg langs ultralydveien fra den oppstrøms transduser nedstrøms til den nedstrøms transduser med fluidstrømningsretningen. [0005] In one type of ultrasonic flow meter that uses transit-time flow measurement, one or more pairs of ultrasonic transducers may be mounted on a pipe (or pipe fitting attached to a pipeline). Each pair may contain transducers located upstream and downstream of each other, forming an ultrasound path between them. Each transducer, when energized, sends an ultrasonic signal (for example, a sound wave) along an ultrasonic path through the flowing fluid, which is received by and detected by the other transducer. The average velocity in the course (ie path velocity or chord velocity (Vp)) of the fluid along an ultrasonic path can be determined as a function of the difference between (i) the transit time of an ultrasonic signal traveling along the ultrasonic path from the downstream transducer upstream to the upstream the transducer against the direction of fluid flow, and (ii) the transit time of an ultrasound signal traveling along the ultrasound path from the upstream transducer downstream to the downstream transducer with the direction of fluid flow.

[0006]Én type av transitt-tid strømningsmåler som brukes i industrielle og kom-mersielle anvendelser er en fakkelgass-strømningsmåler, som måler strømnings-mengden i en brennbar gass som ventileres til atmosfæren og deretter brennes. Brennbare gasser er for eksempel alminnelige biprodukter i oljeraffineri-operasjoner, oljeboring og -leting, og industrielle prosesser. Den sikreste måte for å kvitte seg med den brennbare gassen er å ventilere den til atmosfæren og antenne den. Miljøforskrifter krever imidlertid enkelte ganger at fakkelgass-operatøren må dokumentere mengden av brennbar gass som brennes i atmosfæren over en gitt tidsperiode. Fakkelgass-strømningsmåleren tillater operatøren å måle og dokumentere gass-strømmen for å forbli i overensstemmelse med forskriftene. [0006] One type of transit-time flow meter used in industrial and commercial applications is a flare gas flow meter, which measures the flow rate of a combustible gas that is vented to the atmosphere and then burned. Combustible gases are, for example, common by-products in oil refinery operations, oil drilling and exploration, and industrial processes. The safest way to get rid of the flammable gas is to vent it to the atmosphere and ignite it. However, environmental regulations sometimes require that the flare gas operator must document the amount of flammable gas that is burned in the atmosphere over a given period of time. The flare gas flow meter allows the operator to measure and document the gas flow to remain in compliance with regulations.

[0007]Ultralyd fakkelgass-strømningsmåling benytter typisk minst ett par av transdusere som beskrevet ovenfor, idet hver transduser er montert inne i en sonde. Siden fakkelgassen typisk strømmer gjennom røret med en svært høy hastighet (eksempelvis 150 m/s), kan nøyaktige målinger være vanskelige hvis sondene har stor avstand fra hverandre, hvilket kan være tilfelle i rør med stor diameter. I enkelte applikasjoner rager derfor hver transdusersonde inn i fakkelgassrøret tilnærmet en fjerdedel av rørdiameteren. Hver sonde som rager inn i røret reduserer separasjonsavstanden mellom sondeparet, hvilket tillater en mer nøyaktig måling. [0007] Ultrasonic flare gas flow measurement typically uses at least one pair of transducers as described above, each transducer being mounted inside a probe. Since the flare gas typically flows through the pipe at a very high velocity (eg 150 m/s), accurate measurements can be difficult if the probes are widely spaced, as can be the case in large diameter pipes. In some applications, therefore, each transducer probe protrudes into the flare gas tube approximately a quarter of the tube diameter. Each probe that protrudes into the tube reduces the separation distance between the pair of probes, allowing a more accurate measurement.

[0008]Det oppstår flere problemer med denne løsningsmåten. Et kjent problem er at sondene er store og oppviser hindringer for strømmen. På grunn av de dyna-miske krefter i høyhastighetsstrømmen, kan sondene begynne å riste eller vibrere. Vibrasjonen kan fremkalle utmattingsspenning. Hastigheten til fluidet kan også være tilbøyelig til å bøye sonden, enten elastisk eller permanent. I begge tilfeller kan sonden tilslutt svikte. [0008] Several problems arise with this solution. A known problem is that the probes are large and present obstacles to the current. Due to the dynamic forces of the high-velocity flow, the probes may begin to shake or vibrate. The vibration can induce fatigue stress. The velocity of the fluid may also tend to bend the probe, either elastically or permanently. In both cases, the probe can eventually fail.

[0009]En annen type av transitt-tid-strømningsmåler er en flerfase strømnings-måler, som måler strømningsmengden i rør som inneholder flere enn én fase, så som væske og faststoff. Ett eksempel på en flerfase strømning kan finnes i oljebore-operasjoner, hvor sandpartikler er innblandet med den væskedannede olje som strømmer i røret. Sandpartiklene er tilbøyelige til å forstyrre ultralyd-bølgene som overføres mellom sensorer. En løsning på dette problemet er å sette sondene inn i røret for å minimere avstanden mellom transduserne, på lignende vis som fakkelgass-applikasjonen. En ulempe med denne løsningsmåte er at sandpartiklene eroderer sondetuppene, og, over tid, forårsaker at sonden svikter. [0009] Another type of transit-time flowmeter is a multiphase flowmeter, which measures the amount of flow in pipes containing more than one phase, such as liquid and solid. One example of a multiphase flow can be found in oil drilling operations, where sand particles are mixed with the liquid oil flowing in the pipe. The sand particles tend to interfere with the ultrasound waves that are transmitted between sensors. A solution to this problem is to insert the probes into the pipe to minimize the distance between the transducers, similar to the flare gas application. A disadvantage of this solution is that the sand particles erode the probe tips and, over time, cause the probe to fail.

[0010]En annen type av strømningsmåler er en avgiftsoverførings-strømningsmåler, som nødvendiggjør en svært nøyaktig strømningsmåling. Avgiftsoverførings-strømningsmålere måler ofte kostbare (og enkelte ganger flyktige) fluider, så som bensin. Sikkerhetsforskrifter forhindrer blokkeringer i rørets strømningsløp (så som sonder) som kan utgjøre en antennelsesfare. Transduserne er derfor typisk utsparingsmontert i røret. På grunn av de geometrier som er involvert (eksempelvis den oppstrøms og nedstrøms kryssmontering) og det krav at sondens flate står perpendikulært på bølgens forplantning, vil den utsparings-monterte transduser danne utsparinger eller hulrom i rørkanalens vegg. En ulempe med denne løsningsmåte er at strømningsmålerne med forsenkede transdusere, så som de man finner i avgiftsoverførings-strømningsmålere for væske eller flerfase, kan oppleve erosjon og blokkering i hulrommene dannet av utsparingen. I enkelte konfigurasjoner danner strømhastigheten som passerer over utsparingen virvler, som, hvis faste partikler så som sand var tilstede i strømmen, eroderer hulrommet og rørkanalen. I andre konfigurasjoner kan faste partikler avsette seg inn i hulrommene og blokkere ultralydveien, hvilket fører til feilaktige avlesinger. [0010] Another type of flow meter is a charge transfer flow meter, which requires a very accurate flow measurement. Charge transfer flowmeters often measure expensive (and sometimes volatile) fluids, such as gasoline. Safety regulations prevent blockages in the pipe's flow path (such as probes) that could pose an ignition hazard. The transducers are therefore typically mounted in recesses in the pipe. Due to the geometries involved (for example the upstream and downstream cross-mounting) and the requirement that the surface of the probe is perpendicular to the propagation of the wave, the recess-mounted transducer will form recesses or cavities in the wall of the pipe channel. A disadvantage of this solution is that the flowmeters with recessed transducers, such as those found in liquid or multiphase charge transfer flowmeters, can experience erosion and blockage in the cavities formed by the recess. In some configurations, the flow velocity passing over the recess creates eddies, which, if solid particles such as sand were present in the flow, erode the cavity and pipe channel. In other configurations, solid particles can settle into the cavities and block the ultrasound path, leading to erroneous readings.

[0011]Det vil være fordelaktig å forbedre strømningsmengde-målenøyaktigheten uten å sette inn transdusersonden i fluidstrømmen, eller forsenke sonden fra den innvendige vegg i fluidrørkanalen. [0011] It would be advantageous to improve the flow rate measurement accuracy without inserting the transducer probe into the fluid flow, or lowering the probe from the inner wall of the fluid pipe channel.

KORT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0012]I ett aspekt av oppfinnelsen tilveiebringes en ultralyd-transduser som forbedrer nøyaktigheten ved å øke signal-støy-forholdet. Transduseranordningen inkluderer en proksimal ende orientert mot et medium som skal måles, og en motstående distal ende. Transduseranordningen inkluderer et ytre hus og en elektronikkpakke koblet til den distale ende av det ytre hus. Et elektroakustisk signal-genererende element er fastgjort inne i det ytre hus. Det genererende element sender et ultralydsignal ved en karakteristisk frekvens langs en ultralydvei som er perpendikulær på flaten av det genererende element. En isolasjonsmembran er koblet til den proksimale ende av det ytre hus. Isolasjonsmembranen er tynn i forhold til en karakteristisk bølgelengde for membranmaterialet. Et fluidisk overføringslag er anordnet mellom det elektroakustiske signal-genererende element og isolasjonsmembranen. [0012] In one aspect of the invention, an ultrasonic transducer is provided which improves accuracy by increasing the signal-to-noise ratio. The transducer device includes a proximal end oriented towards a medium to be measured, and an opposite distal end. The transducer assembly includes an outer housing and an electronics package connected to the distal end of the outer housing. An electroacoustic signal generating element is fixed inside the outer housing. The generating element transmits an ultrasonic signal at a characteristic frequency along an ultrasonic path perpendicular to the surface of the generating element. An isolation membrane is connected to the proximal end of the outer housing. The insulating membrane is thin in relation to a characteristic wavelength for the membrane material. A fluidic transfer layer is arranged between the electroacoustic signal-generating element and the isolation membrane.

[0013]I et annet aspekt av oppfinnelsen tilveiebringes en strømningsmåler som har et strømningsmåler-legeme med en gjennomgående strømningspassasje. Strømningsmåler-legemet inkluderer en åpning som strekker seg fra en ytre overflate til strømningspassasjen. En transduseranordning er anordnet i åpningen. Transduseranordningen inkluderer et ytre hus, et elektroakustisk signal-genererende element fastgjort inne i det ytre hus, en isolasjonsmembran koblet til en proksimal ende av det ytre hus, og et fluidisk overføringslag anordnet mellom det elektroakustiske signal-genererende element og isolasjonsmembranen. Isolasjonsmembranen passer i hovedsak sammen med konturen av strømnings-passasjen i strømningsmåler-legemet, og en tykkelse av isolasjonsmembranen er i det minste en størrelsesorgan mindre enn en karakteristisk bølgelengde for membranmaterialet. [0013] In another aspect of the invention, a flow meter is provided which has a flow meter body with a continuous flow passage. The flow meter body includes an opening extending from an outer surface to the flow passage. A transducer device is arranged in the opening. The transducer device includes an outer housing, an electroacoustic signal generating element fixed inside the outer housing, an isolation membrane connected to a proximal end of the outer housing, and a fluidic transfer layer disposed between the electroacoustic signal generating element and the isolation membrane. The isolation membrane essentially fits the contour of the flow passage in the flowmeter body, and a thickness of the isolation membrane is at least one order of magnitude less than a characteristic wavelength of the membrane material.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0014]For at trekkene ved oppfinnelsen skal kunne forstås, kan det fås en detaljert beskrivelse av oppfinnelsen med henvisning til visse utførelser, hvorav enkelte er illustrert på de ledsagende tegninger. Det skal imidlertid påpekes at tegningene kun illustrerer visse utførelser av denne oppfinnelse, og derfor ikke skal anses begrensende for dens omfang, idet oppfinnelsens omfang omfatter andre like virksomme utførelser. Tegningene er ikke nødvendigvis i målestokk, idet det gene-relt er lagt vekt på å illustrere trekkene ved visse utførelser av oppfinnelsen. Således, for videre forståelse av oppfinnelsen, skal det vises til den følgende detaljerte beskrivelse, lest sammen tegningene, hvor: [0014] In order for the features of the invention to be understood, a detailed description of the invention can be obtained with reference to certain embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. However, it should be pointed out that the drawings only illustrate certain embodiments of this invention, and therefore should not be considered limiting of its scope, as the scope of the invention includes other equally effective embodiments. The drawings are not necessarily to scale, as emphasis is generally placed on illustrating the features of certain embodiments of the invention. Thus, for a further understanding of the invention, reference should be made to the following detailed description, read together with the drawings, where:

[0015]Figur 1 er et skjematisk tverrsnitt av en transduseranordning i henhold til én eksemplifiserende utførelse av oppfinnelsen; [0015] Figure 1 is a schematic cross-section of a transducer device according to one exemplary embodiment of the invention;

[0016]Figur 2 er et perspektivriss av en avgiftsoverførings-strømningsmåler som benytter en transduseranordning i henhold til en annen eksemplifiserende utførelse av oppfinnelsen; [0016] Figure 2 is a perspective view of a charge transfer flow meter utilizing a transducer device according to another exemplary embodiment of the invention;

[0017]Figur 3 er et skjematisk tverrsnittsriss av avgiftsoverførings-strømnings-måleren og transduseranordningen på fig. 2. [0017] Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the charge transfer flow meter and transducer assembly of FIG. 2.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0018]Det vises til fig. 1, som viser et skjematisk tverrsnitt av en transduseranordning i henhold til én eksemplifiserende utførelse av oppfinnelsen, idet en ultralydtransduseranordning 2 inkluderer en proksimal ende 4 orientert mot et medium som skal måles og en motstående distal ende 6. Transduseranordningen 2 inkluderer videre et ytre hus 8 som kan være sylindrisk i form. Det ytre huset 8 av transduseranordningen 2 kan være metallisk, eksempelvis aluminium, rustfritt stål eller titan, eller kan være plast. Hvis det er av plast, er det fortrinnsvis elektrisk skjermet på innsiden. Et endelokk 10 fastgjort til den distale ende 6 av det ytre hus 8 inkluderer en gjenget boring 12 for avtagbart å fastgjøre en elektronikkpakke 14 til transduseranordningen 2. Det ytre hus 8 og endelokket 10 kan for eksempel være fabrikert av rustfritt stål og elektronstråle-sveiset for å danne en enhetlig konstruksjon. [0018] Reference is made to fig. 1, which shows a schematic cross-section of a transducer device according to one exemplary embodiment of the invention, wherein an ultrasound transducer device 2 includes a proximal end 4 oriented towards a medium to be measured and an opposite distal end 6. The transducer device 2 further includes an outer housing 8 which may be cylindrical in shape. The outer housing 8 of the transducer device 2 can be metallic, for example aluminium, stainless steel or titanium, or can be plastic. If it is made of plastic, it is preferably electrically shielded on the inside. An end cap 10 attached to the distal end 6 of the outer housing 8 includes a threaded bore 12 for removably attaching an electronics package 14 to the transducer assembly 2. The outer housing 8 and end cap 10 may for example be fabricated from stainless steel and electron beam welded to to form a unified construction.

[0019]Inne i huset 8 leder en elektrisk ledning 16 elektriske signaler fra elektronikkpakken 14 til et elektroakustisk signal-genererende element 18, som i den offentliggjorte utførelse er en piezo-elektrisk krystall. Den skiveformede krystall 18 sender og mottar ultralydsignaler langs en ultralydvei 20 som står perpendikulær på den plane flate av krystallen 18. Sending av ultralydsignaler skjer som respons på en spenning påført på krystallen 18, hvilken spenning genereres ved krystallen 18 ved mottak av ultralydsignaler. [0019] Inside the housing 8, an electrical line 16 conducts electrical signals from the electronics package 14 to an electroacoustic signal-generating element 18, which in the published embodiment is a piezoelectric crystal. The disc-shaped crystal 18 sends and receives ultrasound signals along an ultrasound path 20 which is perpendicular to the flat surface of the crystal 18. Sending of ultrasound signals occurs in response to a voltage applied to the crystal 18, which voltage is generated at the crystal 18 upon receiving ultrasound signals.

[0020]Det elektroakustiske signal-genererende element 18 kan alternativt inkludere en type kjent som mikromaskinerte ultralydtransdusere (Micro Machined Ultrasonic Transducers, MUTs), som kan være av den kapasitive (cMUT) eller piezo-elektriske (pMUT) typen. CMUTer er svært små membranlignende innretninger med elektroder som konverterer lydvibrasjonen i det mottatte ultralydsignal til en modulert kapasitans. For sending blir den kapasitive ladning modulert for å vibrere membranen i innretningen og dermed sende en lydbølge. [0020] The electroacoustic signal-generating element 18 can alternatively include a type known as micro-machined ultrasonic transducers (Micro Machined Ultrasonic Transducers, MUTs), which can be of the capacitive (cMUT) or piezoelectric (pMUT) type. CMUTs are very small membrane-like devices with electrodes that convert the sound vibration in the received ultrasound signal into a modulated capacitance. For transmission, the capacitive charge is modulated to vibrate the membrane in the device and thus send a sound wave.

[0021]Transduseranordningen 2 kan videre inkludere en akustisk dempende forbindelse 22 anordnet på baksiden av det elektroakustiske signal-genererende element 18. Den akustisk dempende forbindelse 22 minimerer tilbakekasting av ultralydsignalet inne i det indre kammer 24 i transduseranordningen 2, hvilket øker transduserens ytelse. Den akustisk dempende forbindelse 22 kan utgjøres av wolfram-fylt epoksy eller grafitt. I enkelte konstruksjoner kan den akustisk dempende forbindelse 22 tjene som en buffer for å isolere skjøre innvendige komponenter mot ytterligheter i miljøet, så som anvendelser ved høy temperatur. [0021] The transducer device 2 can further include an acoustic damping connection 22 arranged on the back of the electroacoustic signal-generating element 18. The acoustic damping connection 22 minimizes the reflection of the ultrasound signal inside the inner chamber 24 of the transducer device 2, which increases the performance of the transducer. The acoustic damping compound 22 can be made of tungsten-filled epoxy or graphite. In some designs, the acoustic dampening compound 22 may serve as a buffer to insulate fragile internal components against environmental extremes, such as high temperature applications.

[0022]Transduseranordningen 2 inkluderer videre en isolasjonsmembran 26 koblet til den proksimale ende av det ytre hus 8.1 ett eksempel er koblingen implementert ved sveising. Membranen 26 isolerer det medium som blir målt, så som fluidstrøm, mot innvendige komponenter i transduseren. I enkelte fluidstrøms-måleapplikasjoner kan fluidtrykket være flere tusen pund pr. kvadrattomme. Ultralydtransdusere ifølge kjent teknikk ble derfor typisk fabrikert av høyfaste metaller, så som rustfritt stål eller titan, og membranen målte typisk 2,03 til 2,54 mm i tykkelse for å motstå den store trykkdifferansen. [0022] The transducer device 2 further includes an isolation membrane 26 connected to the proximal end of the outer housing 8. In one example, the connection is implemented by welding. The membrane 26 isolates the medium being measured, such as fluid flow, against internal components in the transducer. In some fluid flow measurement applications, the fluid pressure can be several thousand pounds per square inch. Prior art ultrasound transducers were therefore typically fabricated from high-strength metals, such as stainless steel or titanium, and the membrane typically measured 2.03 to 2.54 mm in thickness to withstand the large pressure differential.

[0023]I kontrast til dette, isolasjonsmembranen 26 av den offentliggjorte transduseranordning 2 er ganske tynn. Minimumstykkelsen av isolasjonsmembranen 26 kan være begrenset kun av praktiske forhold ved fremstillingen. Således, i et eksempel er tykkelsen av isolasjonsmembranen 26 0,02 - 0,50 mm (0,001 - 0,020 tommer). I et annet eksempel kan tykkelsen av isolasjonsmembranen 26 være i verdiområdet fra 0,07 - 0,13 mm (0,003 - 0,005 tommer). Kandidat-materialer for isolasjonsmembranen 26 inkluderer metalliske folier, så som rustfritt stål, titan eller aluminium. Maksimumstykkelsen av isolasjonsmembranen 26 er begrenset av den karakteristiske bølgelengde for membranmaterialet. I én utførelse kan tykkelsen av membranen 26 være tynn i forhold til den karakteristiske bølgelengde for membranmaterialet, slik at den akustiske energi som blir sendt og mottatt av det elektroakustiske signal-genererende element 18 ikke blir dempet eller reflektert tilbake inn i huset eller bort i en vinkel. Den karakteristiske bølgelengde A,cfor isolasjonsmembran-materialet kan defineres som den avstand en lydbølgeform beveger seg mellom sine topper, eller [0023] In contrast to this, the insulating membrane 26 of the disclosed transducer device 2 is quite thin. The minimum thickness of the insulating membrane 26 can be limited only by practical conditions during manufacture. Thus, in an example, the thickness of the insulating membrane 26 is 0.02 - 0.50 mm (0.001 - 0.020 inches). In another example, the thickness of the insulating membrane 26 may be in the range of 0.07 - 0.13 mm (0.003 - 0.005 inches). Candidate materials for the insulating membrane 26 include metallic foils, such as stainless steel, titanium or aluminum. The maximum thickness of the insulating membrane 26 is limited by the characteristic wavelength of the membrane material. In one embodiment, the thickness of the membrane 26 can be thin in relation to the characteristic wavelength of the membrane material, so that the acoustic energy that is sent and received by the electroacoustic signal-generating element 18 is not attenuated or reflected back into the housing or away into a angle. The characteristic wavelength A,c for the insulation membrane material can be defined as the distance a sound waveform travels between its peaks, or

hvor c er lydhastigheten i materialet og f er den karakteristiske frekvens for ultralydsignalet. I et eksempel er lydhastigheten i aluminium 5960 meter pr. sekund og frekvensen for ultralydpulsen er 1 MHz. Den karakteristiske bølgelengde er således 5,969 millimeter (0,235 tommer). Tykkelsen av isolasjonsmembranen 26 kan uttrykkes som et forhold eller en fraksjon av den karakteristiske bølgelengde. I ett eksempel er tykkelsen en tiendedel, eller en størrelsesorden, mindre enn den karakteristiske bølgelengde. I et annet eksempel et tykkelsen en hundredel, eller to størrelsesordener mindre enn den karakteristiske bølgelengde. I alle tilfeller er tykkelsen av isolasjonsmembranen 26 mye mindre enn den karakteristiske bølgelengde. where c is the speed of sound in the material and f is the characteristic frequency of the ultrasound signal. In an example, the speed of sound in aluminum is 5960 meters per second. second and the frequency of the ultrasound pulse is 1 MHz. The characteristic wavelength is thus 5.969 millimeters (0.235 inches). The thickness of the insulating membrane 26 can be expressed as a ratio or a fraction of the characteristic wavelength. In one example, the thickness is one-tenth, or an order of magnitude, smaller than the characteristic wavelength. In another example, the thickness is one hundredth, or two orders of magnitude smaller than the characteristic wavelength. In all cases, the thickness of the insulating membrane 26 is much smaller than the characteristic wavelength.

[0024]For å eliminere trykkdifferansen over isolasjonsmembranen 26 er et fluidisk overføringslag 28 anordnet mellom den distale side av isolasjonsmembranen 26 og den proksimale flate av det elektroakustiske signal-genererende element 18. Det fluidiske overføringslag 28 kan være en væske eller en gel, men ikke et fast stoff. For eksempel, hvis det fluidiske overføringslag 28 er en væske, kan kandidatvæsker inkludere vann, olje, silisiumolje eller glyserol. Hvis det fluidiske transmisjonslag 28 er en gel, kan kandidatgeler inkludere vaselin, smørefett, polymerisk gel, polyuretangel eller silikongel. Det fluidiske overføringslag 28 kan fylle hele det indre kammer 24 i transduseranordningen 2. [0024] To eliminate the pressure difference across the isolation membrane 26, a fluidic transfer layer 28 is arranged between the distal side of the isolation membrane 26 and the proximal surface of the electroacoustic signal generating element 18. The fluidic transfer layer 28 can be a liquid or a gel, but not a solid substance. For example, if the fluidic transfer layer 28 is a liquid, candidate liquids may include water, oil, silicon oil, or glycerol. If the fluidic transmission layer 28 is a gel, candidate gels may include petroleum jelly, lubricating grease, polymeric gel, polyurethane gel, or silicone gel. The fluidic transfer layer 28 can fill the entire inner chamber 24 in the transducer device 2.

[0025]Det fluidiske overføringslag 28 tjener i det minste to nyttige formål. I et aspekt virker laget 28 som et fluidtilpassende lag for bedre å koble ultralydsignalet til det medium som blir målt. For eksempel, hvis transduseranordningen 2 danner del av en ultralyd-strømningsmåler som måler råoljestrøm, kan det fluidiske overføringslag 28 omfatte silisiumolje. På denne måte går lydbølgen fra det elektroakustiske signal-genererende element 18 gjennom silisiumoljen, gjennom isolasjonsmembranen 26 og gjennom den strømmende råolje. Fordi tykkelsen av isolasjonsmembranen 26 er mye mindre enn den karakteristiske bølgelengde, møter man svært lite tap av signalintegritet gjennom overføringslaget. Og, fordi fluidkarakteristikaene til overføringslaget 28 strømmer tett overens med den strøm som blir målt, møter man svært lite tap av signalintegritet. Den offentliggjorte transduseranordning 2 tilveiebringer således førsteklasses signal-støy-forhold sammenlignet med transdusere ifølge kjent teknikk. [0025] The fluidic transfer layer 28 serves at least two useful purposes. In one aspect, layer 28 acts as a fluid compliant layer to better couple the ultrasound signal to the medium being measured. For example, if the transducer device 2 forms part of an ultrasonic flow meter that measures crude oil flow, the fluidic transfer layer 28 may comprise silicon oil. In this way, the sound wave from the electroacoustic signal-generating element 18 passes through the silicon oil, through the insulating membrane 26 and through the flowing crude oil. Because the thickness of the isolation membrane 26 is much smaller than the characteristic wavelength, very little loss of signal integrity is encountered through the transmission layer. And, because the fluid characteristics of the transfer layer 28 flow closely match the current being measured, very little loss of signal integrity is encountered. The disclosed transducer device 2 thus provides a first-class signal-to-noise ratio compared to transducers according to the prior art.

[0026]I et annet fordelaktig aspekt forblir det fuktede grense 30 av transduseranordningen 2 i den samme lokalisering, eksempelvis mot det fluid som skal måles, men trykkgrensen 32 (eksempelvis de overflater som påvirker eller påvirkes av fluidtrykket) er flyttet bort fra den fuktede grense 30.1 det offentliggjorte eksempel er trykkgrensen 32 flyttet bak det elektroakustiske signal-genererende element 18 til en bakplate 34. Bakplaten 34 kan være av en hvilken som helst egnet konstruksjon og tykkelse for å motstå trykk-kreftene. I ett eksempel er bakplaten 34 av rustfritt stål, 2,54 mm (0,100 tommer) tykk, og sveiset til det ytre hus 8.1 et annet eksempel (ikke vist) er trykkgrensen 32 mot den proksimale flate av det elektroakustiske signal-genererende element 18.1 begge tilfeller er trykkfallet eller differansetrykket over isolasjonsmembranen 26 eliminert fordi det fluidiske overføringslag 28 overfører reaksjonskreftene til en annen lokalisering inne i transduseren. [0026] In another advantageous aspect, the wetted boundary 30 of the transducer device 2 remains in the same location, for example towards the fluid to be measured, but the pressure boundary 32 (for example the surfaces that affect or are affected by the fluid pressure) is moved away from the wetted boundary 30.1 the published example, the pressure boundary 32 is moved behind the electroacoustic signal generating element 18 to a back plate 34. The back plate 34 can be of any suitable construction and thickness to withstand the pressure forces. In one example, the back plate 34 is stainless steel, 2.54 mm (0.100 inch) thick, and is welded to the outer housing 8.1 another example (not shown) the pressure limit 32 is against the proximal surface of the electroacoustic signal generating element 18.1 both cases, the pressure drop or differential pressure across the isolation membrane 26 is eliminated because the fluidic transfer layer 28 transfers the reaction forces to another location within the transducer.

[0027]Flyttingen av trykkgrensen 32 tillater at isolasjonsmembranen 26 posisjo-neres i en vinkel a i forhold til den proksimale flate av det elektroakustiske signal-genererende element 18 uten å avbøye ultralydsignalet fra ultralydveien 20. På denne måte kan isolasjonsmembranen 26 fabrikeres til i hovedsak å passe sammen med den innvendige kontur av en røroverflate. For eksempel, hvis den offentliggjorte transduseranordning 2 danner del av en ultralyd-strømningsmåler som er montert gjennom en adgangsåpning i en fluidrørkanal, kan membranen 26 ha en krumning som passerer sammen med den innvendige diameter av rørkanalen. [0027] The movement of the pressure limit 32 allows the isolation membrane 26 to be positioned at an angle α in relation to the proximal surface of the electroacoustic signal-generating element 18 without deflecting the ultrasound signal from the ultrasound path 20. In this way, the isolation membrane 26 can be fabricated to essentially fit with the internal contour of a pipe surface. For example, if the disclosed transducer device 2 forms part of an ultrasonic flowmeter which is mounted through an access opening in a fluid pipe channel, the diaphragm 26 may have a curvature that passes along the inner diameter of the pipe channel.

[0028]I enkelte konstruksjoner vil partier av den elektriske ledning 16 bli utsatt for trykkene i det fluidiske overføringslag 28. Som illustrert på fig. 1, trykkgrensen 32 utøver fluidtrykk på bakplaten 34, hvilket kan være flere tusen pund pr. kvadrattomme. For å hindre at fluidet lekker (eksempelvis på grunn av kapillærvirkning) langs en sentral leder 36 til en trykkløs sone så som hulrommet 37, kan transduseranordningen 2 inkludere en metall-mot-glass tetning 36. [0028] In some constructions, parts of the electrical line 16 will be exposed to the pressures in the fluidic transfer layer 28. As illustrated in fig. 1, the pressure boundary 32 exerts fluid pressure on the backing plate 34, which can be several thousand pounds per square inch. In order to prevent the fluid from leaking (for example due to capillary action) along a central conductor 36 to a depressurized zone such as the cavity 37, the transducer device 2 may include a metal-to-glass seal 36.

[0029]Det vises til fig. 2, hvor like talltegn angir like elementer som på fig. 1, idet det vises et perspektivriss av en avgiftsoverførings-strømningsmåler som benytter en transduseranordning i henhold til en annen eksemplifiserende utførelse av oppfinnelsen. En transduseranordning 102 i henhold til den foreliggende offentlig-gjøring er vist som del av en avgfitsoverførings-ultralydstrømningsmåler for væske (Liquid Custody Transfer, LCT) 138 som er montert i en rørpass-stykke konfigurasjon. LCT-strømningsmålerne måler typisk råolje, destillater, bensin, dieseldrivstoff eller lignende fra en raffinerioperasjon. LCT-strømningsmålerne krever 0,15% nøyaktighet eller bedre, på grunn av den høye volumstrømmen og den høye utsalgsprisen for varen. [0029] Reference is made to fig. 2, where like numerals denote like elements as in fig. 1, showing a perspective view of a charge transfer flow meter utilizing a transducer device according to another exemplary embodiment of the invention. A transducer device 102 according to the present disclosure is shown as part of a Liquid Custody Transfer (LCT) ultrasonic flow meter 138 mounted in a pipe fitting configuration. The LCT flowmeters typically measure crude oil, distillates, gasoline, diesel fuel or the like from a refinery operation. The LCT flowmeters require 0.15% accuracy or better, due to the high volume flow and the high retail price of the item.

[0030]Strømningsmåleren 138 inkluderer en oppstrøms flens 140 for å gå sammen med et parti av en oppstrøms avgiftsoverførings-rørkanal, et hoved-legeme 142 for å tilveiebringe en strømningspassasje 144 og ultralydmåling av et avgiftsoverføringsfluid, en nedstrøms flens 146 for å gå sammen med et nedstrøms parti av avgiftsoverførings-rørkanalen, og en elektronikkmodul 148 for å rute elektrisk ledningsføring fra transduserne. Legemet 142 er posisjonert i en skrå vinkel (eksempelvis i en vinkel på 45°) i forhold til avgiftsoverførings-fluidstrømningsretningen 150, for å tilveiebringe oppstrøms og nedstrøms hastig-heter for ultralydtransduser-løpene, hvilket vil bli forklart nedenfor. Til hoved-legemet 142 er det montert et oppstrøms deksel (ikke vist) og et nedstrøms deksel 152 for å stenge av og tette transduseranordningene 102, for å tillate at lednings-føringen blir rutet gjennom elektronikkmodulen 148 montert på toppen av strømningsmåleren 138. [0030] The flow meter 138 includes an upstream flange 140 to mate with a portion of an upstream charge transfer conduit, a main body 142 to provide a flow passage 144 and ultrasonic measurement of a charge transfer fluid, a downstream flange 146 to mate with a downstream portion of the charge transfer conduit, and an electronics module 148 for routing electrical wiring from the transducers. The body 142 is positioned at an oblique angle (eg, a 45° angle) relative to the charge transfer fluid flow direction 150, to provide upstream and downstream velocities for the ultrasonic transducer barrels, which will be explained below. An upstream cover (not shown) and a downstream cover 152 are fitted to the main body 142 to shut off and seal the transducer devices 102, to allow the wiring to be routed through the electronics module 148 mounted on top of the flowmeter 138.

[0031]Det vises til fig. 3, hvor like talltegn angir like elementer som på fig. 1, idet det vises et skjematisk tverrsnittsriss av avgiftsoverførings-strømningsmåleren og transduseranordningen på fig. 2. Strømningsmåleren 138 er vist i tverrsnitt langs strømningsmåler-legemet 142 med elektronikkmodulen 148 fjernet av hensyn til klarheten. Fordi strømningsmåleren 138 er installert på skrå i forhold til strømningsaksen i rørpass-stykket fremstår tverrsnittsrisset av strømnings-passasjen 144 som elliptisk, selv om det faktisk er rundt. [0031] Reference is made to fig. 3, where like numerals indicate like elements as in fig. 1, showing a schematic cross-sectional view of the charge transfer flowmeter and transducer assembly of FIG. 2. The flow meter 138 is shown in cross section along the flow meter body 142 with the electronics module 148 removed for clarity. Because the flow meter 138 is installed at an angle to the flow axis in the pipe passage, the cross-sectional view of the flow passage 144 appears elliptical, although it is actually round.

[0032]Strømningsmåleren 138 inkluderer fire par av ultralydtransduseranord-ninger 102, idet den proksimale ende 104 av hver transduser er i motstående relasjon til hverandre på motsatte sider av legemet 142. De fire par av transdusere sampler strømningsprofilen i strømningsmåleren og bestemmer den faktiske strømningsmengde ved interpolering over de fire seksjoner. Hver transduseranordning 102 inkluderer et elektroakustisk signal-genererende element 118 som sender ut en ultralydpuls over avgiftsoverførings-fluidstrømningsløpet til den motstående transduser i paret. I den illustrerte utførelse sender de fire transduseranordninger 102 på den venstre side av tegningen pulser i nedstrøms strømnings-retning, og de fire transduseranordninger 102 på den høyre side av tegningen sender ut pulser i den oppstrøms strømningsretning. [0032] The flow meter 138 includes four pairs of ultrasonic transducer devices 102, the proximal end 104 of each transducer being in opposing relation to each other on opposite sides of the body 142. The four pairs of transducers sample the flow profile in the flow meter and determine the actual flow amount at interpolation over the four sections. Each transducer assembly 102 includes an electroacoustic signal generating element 118 which emits an ultrasonic pulse across the charge transfer fluid flow path of the opposite transducer in the pair. In the illustrated embodiment, the four transducer devices 102 on the left side of the drawing emit pulses in the downstream flow direction, and the four transducer devices 102 on the right side of the drawing emit pulses in the upstream flow direction.

[0033]Hver transduseranordning 102 inkluderer en isolasjonsmembran 126 som i hovedsak passer sammen med konturen av den innvendige vegg i strømnings-passasjen. Et fluidisk overføringslag 128 er anordnet mellom den distale side av isolasjonsmembranen 126 og den proksimale flate av et elektrostatisk signal-genererende element 118. Som det kan forstås med hensyn på de forskjellige installasjoner og geometrier vist på fig. 3, vinkelen a for isolasjonsmembranen 126 i forhold til den proksimale flate av det elektroakustiske signal-genererende element 118 varierer i henhold til lokaliseringen inne i røret. I ett eksempel kan paret av transduseranordninger 102 være lokalisert slik at ultralydveien 120 passerer gjennom senterlinjen i strømningspassasjen. I dette eksempelet vil vinkelen a være null, f.eks. vil isolasjonsmembranen 126 være parallell med flaten av det genererende element 118.1 et annet eksempel kan paret av transduseranordninger 102 være posisjonert til å dele den kvarte korden av strømnings-passasjen i tilnærmet to like deler, som illustrert med den stiplede linje på fig. 3.1 dette bestemte eksempelet kan vinkelen a for isolasjonsmembranen 126 i forhold til flaten av det genererende element 118 være i et verdiområde på cirka 30-45 grader. I enda et annet eksempel, hvor paret av transduseranordninger 102 kan være posisjonert til kun å dele et lite parti av strømningspassasjen i to like deler, kan vinkelen a for isolasjonsmembranen 126 i forhold til flaten av det genererende element 118 være tilnærmet 60 grader. Dette eksempel er illustrert med det øvre og nedre par av transdusere på fig. 3. [0033] Each transducer device 102 includes an isolation membrane 126 that substantially conforms to the contour of the interior wall of the flow passage. A fluidic transfer layer 128 is arranged between the distal side of the isolation membrane 126 and the proximal surface of an electrostatic signal generating element 118. As can be understood with regard to the various installations and geometries shown in FIG. 3, the angle α of the isolation membrane 126 relative to the proximal surface of the electroacoustic signal generating element 118 varies according to its location within the pipe. In one example, the pair of transducer devices 102 may be located such that the ultrasound path 120 passes through the centerline of the flow passage. In this example, the angle a will be zero, e.g. the isolation membrane 126 will be parallel to the surface of the generating element 118.1 another example, the pair of transducer devices 102 may be positioned to divide the quarter chord of the flow passage into approximately two equal parts, as illustrated by the dashed line in fig. 3.1 this particular example, the angle a of the insulating membrane 126 in relation to the surface of the generating element 118 can be in a value range of approximately 30-45 degrees. In yet another example, where the pair of transducer devices 102 may be positioned to divide only a small portion of the flow passage into two equal parts, the angle a of the isolation membrane 126 relative to the surface of the generating element 118 may be approximately 60 degrees. This example is illustrated with the upper and lower pair of transducers in fig. 3.

[0034]En fordel som kan virkeliggjøres i praktiseringen av enkelte utførelser av den beskrevne transduseranordning er at isolasjonsmembranen kan være kon-figurert til i hovedsake å passe sammen med konturen av den innvendige vegg i strømningspassasjen. En transduseranordning i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse, når den er installert i et fakkelgass-strømningsmåler, vil således ikke møte på de problemer som er forbundet med erosjon og vibrasjon av transdusersonden. [0034] An advantage that can be realized in the practice of certain embodiments of the described transducer device is that the isolation membrane can be configured to essentially fit together with the contour of the internal wall in the flow passage. A transducer device according to an embodiment of the present invention, when installed in a flare gas flow meter, will thus not encounter the problems associated with erosion and vibration of the transducer probe.

[0035]En ytterligere fordel som kan virkeliggjøres når isolasjonsmembranen i hovedsak passer sammen med konturen av den innvendige vegg i strømnings-passasjen er at, når den er installert i en avgiftsoverførings-strømningsmåler for væske eller en flerfase strømningsmåler, de problemer som er forbundet med erosjon og blokkering i utsparingshulrommene er eliminert. [0035] A further advantage that can be realized when the isolation membrane substantially conforms to the contour of the inner wall of the flow passage is that, when installed in a charge transfer liquid flow meter or a multiphase flow meter, the problems associated with erosion and blockage in the recess cavities is eliminated.

[0036]En annen fordel som kan virkeliggjøres i praktiseringen av enkelte utførel-ser av den beskrevne transduseranordning er at den offentliggjorte transduseranordning ikke vil fremkalle lokale strømningsforstyrrelser i nærheten av adgangs-åpningen. Lokale strømningsforstyrrelser oppstår fordi et fremmed objekt (eksempelvis transduseren) innføres i strømmen. Selv om de ikke er skadelige for den strukturelle integritet til transduseranordningen, nødvendiggjør strømningsforstyr-relsene programvare-modifikasjoner for å kompensere for det reduserte signal-støy-forhold. Programvare-kompensasjonen er tidkrevende og er basert på prøving og feiling. [0036] Another advantage that can be realized in the practice of certain embodiments of the described transducer device is that the disclosed transducer device will not cause local flow disturbances in the vicinity of the access opening. Local flow disturbances occur because a foreign object (for example the transducer) is introduced into the flow. Although not detrimental to the structural integrity of the transducer device, the flow disturbances necessitate software modifications to compensate for the reduced signal-to-noise ratio. The software compensation is time-consuming and is based on trial and error.

[0037]En annen fordel som virkeliggjøres i praktiseringen av enkelte utførelser av den beskrevne transduseranordning er at transduseranordningen ikke overfører ultralyd til de strukturelle overflater av røret eller rørkanalen. Krysstale-fenomenet eller kortslutningsstøy mellom transdusere blir således minimert, hvilket forbedrer tidsstyringsnøyaktighet og signal-støy-forhold. [0037] Another advantage realized in the practice of certain embodiments of the described transducer device is that the transducer device does not transmit ultrasound to the structural surfaces of the pipe or pipe channel. The crosstalk phenomenon or short-circuit noise between transducers is thus minimized, improving timing accuracy and signal-to-noise ratio.

[0038]Denne skrevne beskrivelse bruker eksempler for å offentliggjøre oppfinnelsen, inkludert den beste modus, og setter også enhver person med fagkunnskap innen teknikken i stand til å praktisere oppfinnelsen, inkludert å lage og bruke alle innretninger eller systemer og gjennomføring av alle inkorporerte fremgangsmåter. Det patenterbare omfanget av oppfinnelsen er definert av kravene, og kan inkludere andre eksempler som de som har fagkunnskap innen teknikken kan komme på. Slike andre eksempler er inkludert til å være innenfor omfanget av kravene hvis de har strukturelle elementer som ikke er forskjellige fra det bokstavelige språk i kravene, eller hvis de inkluderer ekvivalente strukturelle elementer med forskjeller som mangler substans sammenlignet med det bokstavelige språk i kravene. [0038] This written description uses examples to disclose the invention, including the best mode, and also enables any person skilled in the art to practice the invention, including making and using any devices or systems and carrying out any methods incorporated. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that those skilled in the art can come up with. Such other examples are included to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with differences that lack substance compared to the literal language of the claims.

[0039]For eksempel, den offentliggjorte transduseranordning kan benyttes i en Doppler-strømningsmåler. I den modus som benytter Doppler-effekten, bestemmes strømningsmengden ved måling av en hastighet til en partikkel eller en boble som strømmer sammen med fluidet, under den antagelse at partikkelen eller boblen beveger seg med en hastighet som er lik den som er for fluidet som beveger seg. Bevegelseshastigheten til partikkelen eller boblen kan bestemmes ved detektering av variasjon i ultralydfrekvensen fra den som er for en ultralyd-bølge påført på boblen eller partikkelen som beveger seg i forhold til en ultralyd-bølge reflektert av partikkelen eller boblen som beveger seg. [0039] For example, the disclosed transducer device can be used in a Doppler flow meter. In the mode using the Doppler effect, the flow rate is determined by measuring the velocity of a particle or bubble flowing with the fluid, assuming that the particle or bubble is moving at a velocity equal to that of the moving fluid themselves. The speed of movement of the particle or bubble can be determined by detecting the variation in the ultrasonic frequency from that of an ultrasonic wave applied to the moving bubble or particle relative to an ultrasonic wave reflected by the moving particle or bubble.

[0040]I et annet eksempel kan transduseranordningen benyttes ikke til å bestemme strømningsmengden, men til å detektere tilstedeværelsen av fremmed materiale i en strømning, så som sand. [0040] In another example, the transducer device can be used not to determine the amount of flow, but to detect the presence of foreign material in a flow, such as sand.

Claims

1. Ultrasound transducer device (2, 102) having a proximal and an opposite distal end, where the proximal end is oriented towards a medium to be measured, where the transducer device comprises: an outer housing (8); an electronics package (14) connected to the distal end of the outer housing (8); an electroacoustic signal generating element (18, 118) fixed inside the outer housing (8), where the generating element (18, 118) is formed of a material and comprises a proximal surface that defines an ultrasound path (20, 120) for transmission of an ultrasound signal , the ultrasound path (20,120) being perpendicular to the proximal surface, where the ultrasound signal has a characteristic frequency; an electrical line (16) for conducting electrical signals from the electronics package (14) to the electroacoustic signal generating element (18, 118); an acoustic damping connection (22) arranged inside the outer housing (8) on the distal side of the electroacoustic signal generating element (18, 118); an insulating membrane (26, 126) connected to the proximal end of the outer housing (8), where the insulating membrane (26, 126) is characterized by material having a thickness, the thickness of the membrane being thin in relation to a characteristic wavelength of the membrane material; and a fluidic transfer layer (28, 128) disposed between the proximal surface of the electroacoustic signal generating element (18, 118) and the distal surface of the isolation membrane (26, 126).

2. Ultrasound transducer device (2, 102) as set forth in claim 1, wherein the isolation membrane (26, 126) is at an angle relative to the proximal surface of the electroacoustic signal-generating element (18, 118).

3. Ultrasound transducer device (2, 102) as set forth in claim 2, wherein the angle is within a value range of 0 to 60 degrees.

4. Ultrasound transducer device (2, 102) as set forth in claim 3, wherein the angle is within a value range of 30 to 45 degrees.

5. Ultrasound transducer device (2, 102) as set forth in claim 1, wherein the fluidic transfer layer (28, 128) is an oil.

6. Ultrasound transducer device (2, 102) as set forth in claim 5, wherein the fluidic transfer layer (28, 128) is silicon oil.

7. Ultrasound transducer device (2, 102) as set forth in claim 1, wherein the fluidic transfer layer (28, 128) is a gel.

8. Ultrasound transducer device (2, 102) as stated in claim 1, wherein the thickness of the insulating membrane (26, 126) is at least an order of magnitude smaller than the characteristic wavelength.

9. Ultrasound transducer device (2, 102) as stated in claim 1, wherein the thickness of the insulating membrane (26, 126) is at least two orders of magnitude smaller than the characteristic wavelength.

10. Ultrasound transducer device (2, 102) as stated in claim 8, where the thickness of the insulating membrane (26, 126) is in the value range from 0.02 to 0.50 millimetres.

11. Ultrasound transducer device (2, 102) as stated in claim 10, where the thickness of the isolation membrane (26, 126) is in the value range from 0.07 to 0.13 millimeters.

12. Ultrasound transducer device (2, 102) as stated in claim 1, where the material in the isolation membrane (26, 126) is stainless steel.

13. Ultrasound transducer device (2, 102) as set forth in claim 1, wherein the acoustic dampening compound (22) is a buffer to isolate components inside the outer housing (8) from extremes in the environment.

14. Ultrasound transducer device (2, 102) as set forth in claim 1, wherein the electrical wire (16) is fixed in a glass-to-metal seal.